變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在火電廠引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用的效益分析

柯坤明

（廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司，廣東 湛江524000）

0 引言

能源是我國國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，節(jié)約能源是我國的基本國策，也是企業(yè)落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、提高自身經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量和效益、增強(qiáng)核心競爭力的根本要求。雖然我國大力推進(jìn)節(jié)能技術(shù)，加強(qiáng)節(jié)能管理取得了顯著的成績，但與世界先進(jìn)水平相比仍有相當(dāng)大的差距。

以前我們的工業(yè)風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中普遍存在系統(tǒng)運(yùn)行效率低的問題，多數(shù)風(fēng)機(jī)都是靠節(jié)流或分流等手段來調(diào)節(jié)，人為地增加管道阻力以減少流量，造成阻力損失相應(yīng)增加，能量白白地?fù)p失在節(jié)流、分流過程中。但現(xiàn)在隨著交流變頻技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)品日趨成熟可靠，價(jià)格不斷降低，這種通過電機(jī)調(diào)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能的方式也正逐漸被推廣應(yīng)用。

茂名熱電廠風(fēng)機(jī)變頻改造就是一個成功的例子。茂名熱電廠#6機(jī)組的引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造后，經(jīng)測算，最高節(jié)能66.8%。本文將以茂名熱電廠#6機(jī)組引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行為例，討論變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用在引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。

1 變頻調(diào)速節(jié)能原理

根據(jù)流體力學(xué)原理，電機(jī)功率P與流量Q、揚(yáng)程H和轉(zhuǎn)速n存在如下關(guān)系：

從以上公式可知：風(fēng)量Q和電機(jī)的轉(zhuǎn)速n成正比，功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比。

又從圖1風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線圖可知，采用變頻調(diào)速控制方式（灰色曲線）明顯比采用通常的調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)擋板（黑色曲線）更加節(jié)能。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Delt（P）與（H2－HB）×Q2的面積成正比。

圖1 風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線圖

2 茂名熱電廠#6機(jī)組變頻改造節(jié)能分析

#6機(jī)組配2臺引風(fēng)機(jī)，為入口靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，單臺電機(jī)功率2 500kW。#6機(jī)組引風(fēng)機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

表1 引風(fēng)機(jī)額定數(shù)據(jù)

表2 引風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)(運(yùn)行電壓 6.0～6.2kV)

查表2可以知道，當(dāng)負(fù)荷在296MW時其運(yùn)行電流約為210.2A。其運(yùn)行功率約為：

式中，cosφ為單一負(fù)荷下運(yùn)行功率因數(shù)，小于額定功率因數(shù)，取0.82。

對于軸流風(fēng)機(jī)，其Q—H曲線及效率曲線與離心式風(fēng)機(jī)差別較大，只能以其工作曲線對應(yīng)分析出其工作點(diǎn)，再與變頻調(diào)節(jié)的效率點(diǎn)相對應(yīng)分析出大概的節(jié)能比例空間。其對應(yīng)曲線如圖2所示。

根據(jù)該種工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，在流量壓力曲線中分別做垂線，得到如圖2中的交點(diǎn)A（即風(fēng)機(jī)在工況1下的工作點(diǎn)A），其前置風(fēng)門位置大概在＋14°，對應(yīng)風(fēng)機(jī)效率約為0.48；采用變頻調(diào)速后，風(fēng)門調(diào)整至0°，風(fēng)機(jī)隨轉(zhuǎn)速的降低按二次曲線向左下角移動，風(fēng)機(jī)工作在TB及 MCR之間，其效率為0.868。據(jù)此進(jìn)行計(jì)算分析：

風(fēng)機(jī)實(shí)際做功功率約為：

采用變頻后其需輸出軸功率約為：

圖2 靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)性能曲線

式中，變頻裝置的效率η取值0.94。

變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)在工作時，為冷卻房間內(nèi)環(huán)境溫度而需要消耗的空調(diào)功率為P3，具體的散熱量按照系統(tǒng)額定功率的4%進(jìn)行計(jì)算，空調(diào)能效比取3.4：

節(jié)能比例為：

可用同樣的方法計(jì)算出不同負(fù)荷情況下降低的功率及其所占比例，如表3所示。

表3 不同負(fù)荷情況下降低的功率及其所占比例

3 投資分析

若對2臺引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，則改造工程總造價(jià)約為￥271萬元，其中變頻器設(shè)備費(fèi)約￥250萬元，冷卻系統(tǒng)約￥10萬元，配套土建工程約￥8萬元，高壓電纜以及安裝調(diào)試費(fèi)用￥3萬元。折算改造費(fèi)用約為￥542元／kW。

若假定引風(fēng)機(jī)全年的節(jié)電數(shù)按表3中的數(shù)據(jù)計(jì)算，表4可以進(jìn)一步確定。改造2臺引風(fēng)機(jī)（總?cè)萘抗灿?jì)5 000kW）后，每年大概的節(jié)電收入及改造投資費(fèi)用的回收期如表4所示，其中茂名熱電廠的上網(wǎng)電價(jià)按照0.4元／kW·h計(jì)算。

表4 節(jié)電收入及改造投資費(fèi)用的回收期(按節(jié)省最小功率和全年運(yùn)行8000h計(jì)算)

表5為這2臺設(shè)備改造的總費(fèi)用及投資回收期計(jì)算結(jié)果。

表5 改造總費(fèi)用及投資回收期

4 結(jié)語

總之，本文通過對變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)改造過程中應(yīng)用的探討，充分說明茂名熱電廠通過采用變頻調(diào)速技術(shù)，有效避免了電機(jī)啟動時的強(qiáng)力沖擊，保證了設(shè)備的安全，通過DCS系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對變頻器輸出信號的調(diào)節(jié)，有效提高了系統(tǒng)的控制精度和調(diào)節(jié)品質(zhì)，滿足了鍋爐各種異常工況變化的要求，更重要的是降低了廠用電率，節(jié)約了大量電能，最高可節(jié)能66.8%，為機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也是企業(yè)節(jié)能減排的重要舉措。